溶劑再生裝置管線腐蝕分析及對策

由召舉,程俊芳,祝向偉,楊孟虎

(中國石油化工股份有限公司洛陽分公司,河南 洛陽 471000)

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溶劑再生裝置管線腐蝕分析及對策

由召舉,程俊芳,祝向偉,楊孟虎

(中國石油化工股份有限公司洛陽分公司,河南 洛陽 471000)

溶劑再生裝置作為煉化企業硫處理的關鍵裝置，存在介質高含硫的實際狀況，設備和管線腐蝕嚴重。在溶劑再生裝置的工藝管線中，以再生塔頂酸性氣管線和塔頂酸性水回流線的腐蝕問題最突出。論述了中國石油化工股份有限公司洛陽分公司溶劑再生裝置管線的腐蝕問題，并對采取的措施和效果加以闡述，為其他同類裝置的腐蝕與防護提供借鑒。

酸性氣 管線 腐蝕 防護

中國石油化工股份有限公司洛陽分公司為適應油品質量升級，新上兩套硫磺回收裝置，其中包括兩套300 t/h溶劑再生裝置。采取溶劑集中再生后，上游裝置脫硫部分所用脫硫劑由溶劑再生裝置提供，脫硫后產生的富溶劑送回溶劑再生裝置處理。兩套溶劑再生裝置均采用常規蒸汽汽提再生工藝，通過再生塔，將富溶劑中的H2S汽提出，經塔頂冷卻器冷卻，酸性氣與酸性液經酸性氣分液罐分離，酸性氣送至硫磺回收部分，酸性液作為再生塔頂部回流。

在裝置運行的過程中，再生塔頂酸性氣冷卻系統和酸性液回流系統管線經常出現腐蝕泄漏的狀況，通過采取管線材質升級、貼焊等措施，有效的處理了腐蝕泄漏問題，為裝置和環境的安全做好保障。

1 裝置運行中的腐蝕問題

溶劑再生裝置Ⅰ期于2008年投產，運行至2015年，出現多次泄漏問題，泄漏點常見于塔頂酸性氣冷卻系統及塔頂回流系統。裝置出現的問題有：

(1)酸性氣空冷器出口彎頭部位腐蝕減薄嚴重，部分彎頭出現砂眼，導致酸性氣及酸性水泄漏問題；

(2)酸性氣水冷器出口進入酸性氣分液罐前法蘭焊縫腐蝕穿孔；

(3)酸性水塔頂回流泵出口管線腐蝕穿孔泄漏的情況，同時閥門出現嚴重內漏，切除閥門后，將閥門拆卸修理發現閥芯腐蝕嚴重，已經不能起到節流作用。

2 腐蝕原因分析

2.1 酸性氣空冷器出口管線的腐蝕

溶劑再生塔采用常規汽提工藝，塔頂壓力(0.08±0.01)MPa，塔頂溫度(105±5)℃。酸性氣自再生塔頂出來后，先經空冷器冷卻至65 ℃，然后經水冷器冷卻至45 ℃，進入酸性氣分液罐。

溶劑再生裝置塔頂酸性氣冷卻系統采用的材質為20號鋼。正常運行狀況下，管線中為水蒸氣、H2S,CO2和烴類物質的混合氣體。由于大量水蒸氣存在，經空冷器冷卻后產生大量液態水，為該溫度下飽和H2S溶液，形成低溫(不超過120 ℃)的H2S-CO2-H2O腐蝕體系。該腐蝕環境為酸性環境，低溫下腐蝕速度快，碳鋼在該環境下易發生析氫腐蝕，其反應如下：

Fe+2H+→Fe2++H2↑

反應生成的硫化亞鐵不穩定，易溶解于酸性溶液，在受到氣液機械沖刷作用下，不能牢固黏附與表面，保持其初始的高速腐蝕，對管線產生了腐蝕加沖蝕的作用。同時氫氣的產生導致氫原子滲入到碳鋼內，引起碳鋼表面氫鼓泡，加劇了彎頭的腐蝕，在腐蝕加沖蝕的作用下，氫鼓泡很快腐蝕穿并更易被液相沖刷帶走，加速了腐蝕。空冷器出口彎頭外側正對氣液混合物流向，產生的部分酸性水在原有流速的基礎上，又以自由落體的形式直接沖刷到彎頭外側表面，加劇了沖刷腐蝕速度。現場實際情況證明彎頭外側自由下落的酸性水的沖刷面腐蝕最嚴重，有明顯的沖刷坑和溝槽，穿孔也發生在該部位，見圖1。

圖1 酸性氣空冷器出口管線腐蝕形貌

2.2 酸性氣進分液罐前法蘭焊縫的腐蝕

酸性氣空冷器共有4臺，冷卻后的氣液混合物在空冷器后總管匯集，管線內酸性水量增大，平穩運行狀態下達15 t/h，進入酸性氣水冷器后，氣液混合物經被冷卻至45 ℃以下(一般控制在35 ℃左右)。由于溫度的降低，H2S在酸性水中的溶解度加大，酸性水中的H2S含量升高，pH值降低，腐蝕性加強。水冷器管線腐蝕形貌見圖2。

酸性氣和酸性水的氣液混合物出酸性氣水冷器后，沿管內壁下側流動，經90°彎頭后，靠近彎頭處內側管壁流動，并沿該流道垂直進入酸性氣分液罐。因此氣液混合物進分液罐前法蘭焊縫為水冷后管線內酸性水流速最大處，同時彎頭內側流道處的管壁流量最大，該側焊縫沖刷腐蝕最嚴重。由于沖刷的作用，將焊縫內的焊渣、藥皮等雜質裸露于濕H2S腐蝕環境中，引起電化學腐蝕加快了腐蝕速率。同時陰極反應生成的氫原子向鋼中滲入并擴散，在金屬缺陷如空隙、分層及晶格錯位等處結合成氫分子產生巨大的內應力，使得強度較低的碳鋼發生氫鼓泡。

根據以上分析，可以認定該系統腐蝕泄漏的主要原因為高濃度濕H2S腐蝕體系對焊縫及焊縫熱影響區域的應力腐蝕開裂，以及液體沖刷對流體變速區彎頭、法蘭的沖刷腐蝕。

圖2 酸性氣水冷器出口管線腐蝕形貌

2.3 酸性水回流管線的腐蝕

酸性氣分液罐內離的酸性水經酸性水泵，輸送至再生塔頂作為冷回流。酸性水回流管線的腐蝕問題出現在酸性水回流泵出口至進塔的各彎頭部位，以及節流控制閥閥芯的腐蝕。

酸性水回流泵出口管線各工藝參數見表1。

表1 酸性水泵出口參數

由表1可以算出管線內酸性水流速約為2.12 m/s，流速較大，流體的沖刷腐蝕影響嚴重。同時，酸性水中含有高濃度H2S，形成濕H2S腐蝕環境。管線采用20號碳鋼，對低溫下的濕H2S腐蝕耐蝕性差，且腐蝕后鐵銹易脫落，在高流速酸性水的沖刷下很快暴露新的腐蝕表面，發生新的腐蝕，加快了腐蝕速率。FeS腐蝕沖刷后，部分在控制閥處積聚導致控制閥堵塞，同時該雜質對控制閥的閥芯進行磨蝕。由于控制閥后壓力降低，酸性水中的部分H2S析出產生氣泡，導致閥芯部位存在汽蝕，加速了閥芯的腐蝕，以至閥芯起不到節流作用。

3 措 施

3.1 塔頂氣相冷卻系統腐蝕對策

酸性氣空冷器出口和酸性氣水冷器出口的腐蝕泄漏均是由低溫(不超過120 ℃)的H2S-CO2-H2O腐蝕體系造成的，可以采取相同的對策。

為了保持裝置的運行，空冷臨時切出流程后，將空冷內介質處理干凈，采取了貼鋼板補焊的方式堵住了漏點。為了防止未出現泄漏穿孔的空冷器在運行中出現新的泄漏，組織相關專業人員對空冷器彎頭出口進行測厚，厚度達到焊接作業要求的出口彎頭處，采取貼補鋼板加強彎頭的厚度，增加了管線的腐蝕余量。水冷器出口也采用“包盒子”的方式對漏點進行暫時處理。但是由于濕硫化氫腐蝕的滲氫影響，貼焊后時間不久，焊縫處便開始出現新的泄漏。

在上游裝置處理負荷降低可以短時停工的情況下，經匯報上級部門，對裝置進行了停工處理，對酸性氣空冷器和水冷器出口管線進行了整體更換，以避免其他部位減薄造成的泄漏。在對管線進行更換后，通過熱處理消除焊縫的殘余焊接應力，避免應力腐蝕對設備的危害。

3.2 酸性水回流管線腐蝕對策

酸性水管線由于濕硫化氫腐蝕和高速沖刷腐蝕的影響，整體減薄嚴重，是溶劑再生裝置腐蝕最嚴重的管線。為了根治酸性水線的腐蝕問題，避免泄漏造成的人身和環境安全問題，最后采取了材質升級的辦法。原管線采用20號碳鋼，根據工藝介質和操作條件分析，酸性水的成分主要為H2S溶液，含有極少量有機胺，采用常用不銹鋼即可滿足要求，考慮到材質更新的成本，決定材質更新為304，同時節流控制閥材質升級為閥芯為316+STL材質，有效的降低了腐蝕的影響。

材質升級后，酸性水回流線未出現腐蝕泄漏的狀況，控制閥節流效果良好，達到了裝置安全平穩運行的要求。

4 結 語

溶劑再生裝置由于所涉介質硫含量高的特點，其腐蝕成為影響裝置安全平穩運行的重要因素。為了防止設備腐蝕泄漏造成對周圍環境的污染，對設備腐蝕的機理進行了詳細分析，并對腐蝕的預防和治理進行了探索和改進，有效地處理了設備的腐蝕泄漏問題。

下一步將利用大檢修的機會，對塔頂酸性氣冷卻系統進行材質升級，避免碳鋼的材質缺陷，保證在下一個運行周期內不會出現泄漏狀況。同時通過對管線走向和彎頭的重新設計，減少彎頭數量，降低沖刷和積液等加速腐蝕的問題，保證裝置的平穩運行。

(編輯 寇岱清)

Corrosion Analysis of Pipleines in Solvent Regeneration Unit and Countermeasures

YouZhaoju,ChengJunfang,ZhuXiangwei,YangMenghu

(SINOPECLuoyangCompany,Luoyang471000，China)

The solvent regeneration unit, which is an important process units in the sulfur treatment of petrochemical plant, has a higher sulfur in the media and the equipment and pipelines in the unit are subject to serious corrosion, especially the sour gas pipelines in the overhead of regeneration tower and sour water recirculation pipelines at the overhead of the tower. The corrosion problems in the solvent regeneration unit in SINOPEC Luoyang Company are described. The specific measures and their effectiveness are discussed.

sour gas, pipeline, corrosion, protection

2015-10-02；修改稿收到日期：2016-01-25。

由召舉(1990-)，2012年畢業于中國石油大學(華東)過程裝備與控制工程專業，現在該公司四聯合車間工作。E-mail：youzhaoju@126.com